汽車(chē)電控空氣懸架試驗(yàn)的案例
汽車(chē)電控空氣懸架試驗(yàn)與仿真研究
摘要：為了準(zhǔn)確獲知電控空氣彈簧式麥弗遜懸架代替螺旋彈簧麥弗遜懸架的可行性，開(kāi)展了臺(tái)架示功試驗(yàn)，得出了空氣彈簧力學(xué)特性曲線和不同電流下阻尼特性曲線。應(yīng)用MATLAB 與ADAMS/Car仿真軟件，建立了整車(chē)動(dòng)力學(xué)模型和C級(jí)路面模型，進(jìn)行了電控空氣彈簧式麥弗遜懸架和螺旋彈簧麥弗遜懸架的仿真計(jì)算，完成了整車(chē)行駛平順性仿真研究。研究結(jié)果表明：用電控空氣彈簧麥?zhǔn)?em>懸架代替螺旋彈簧麥?zhǔn)?em>懸架優(yōu)勢(shì)明顯。此方法可為空氣彈簧和電控懸架的研究提供一定的基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：空氣彈簧；電控懸架；示功試驗(yàn)；阻尼特性；行駛平順性
引言
汽車(chē)懸架系統(tǒng)的減振效果對(duì)整車(chē)的行駛平順性、操縱穩(wěn)定性和通過(guò)性等多種使用性能有著很大的影響[1-2]。相比傳統(tǒng)的定剛度定阻尼的被動(dòng)式懸架，空氣懸架有其獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)[3-4]：（1）空氣懸架剛度低，裝備空氣懸架的車(chē)輛可以獲得較低的固有頻率，行駛平順性好，乘坐舒適性好，能夠延長(zhǎng)車(chē)輛的使用壽命，減輕車(chē)輛對(duì)路面的破壞；（2）空氣懸架剛度是非線性且可調(diào)節(jié)，剛度隨著車(chē)輛載荷的變化而變化，能夠有效限制振幅、避開(kāi)共振、防止沖擊，空載和滿(mǎn)載的固有頻率基本保持不變。另外，車(chē)身姿態(tài)急劇變化時(shí)，可以使彈簧變硬，以抑制車(chē)身姿態(tài)的變化；（3）空氣懸架高度可調(diào)，不論是否載重，載重是否均勻，車(chē)身均可在一定高度保持水平。通過(guò)加裝升降控制裝置還可實(shí)現(xiàn)車(chē)身的升降功能，從而提高車(chē)輛的通過(guò)性，利于物流運(yùn)輸?shù)呢涇?chē)上下貨物或方便乘客上下車(chē)；（4）空氣懸架質(zhì)量輕，能吸收高頻振動(dòng)，隔音性能好，壽命長(zhǎng)。
展開(kāi) 汽車(chē)懸架知識(shí)專(zhuān)題（4）：電控懸架
懸架主要影響汽車(chē)的垂直振動(dòng)。傳統(tǒng)的汽車(chē)懸架是不可調(diào)整的，在行車(chē)中車(chē)身高度的變化取決于彈簧的變形。因此就自然存在了一種現(xiàn)象，當(dāng)汽車(chē)空載和滿(mǎn)載的時(shí)候，車(chē)身的離地間隙是不一樣的。尤其是一些轎車(chē)采用比較柔軟的螺旋彈簧，滿(mǎn)載后彈簧的變形行程會(huì)比較大，導(dǎo)致汽車(chē)空載和滿(mǎn)載的時(shí)候離地間隙相差有幾十毫米，使汽車(chē)的通過(guò)性受到影響。
汽車(chē)不同的行駛狀態(tài)對(duì)懸架有不同的要求。一般行駛時(shí)需要柔軟一點(diǎn)的懸架以求舒適感，當(dāng)急轉(zhuǎn)彎及制動(dòng)時(shí)又需要硬一點(diǎn)的懸架以求穩(wěn)定性，兩者之間有矛盾。另外，汽車(chē)行駛的不同環(huán)境對(duì)車(chē)身高度的要求也是不一樣的。一成不變的懸架無(wú)法滿(mǎn)足這種矛盾的需求，只能采取折中的方式去解決。在電子技術(shù)發(fā)展的帶動(dòng)下，工程師設(shè)計(jì)出一種可以在一定范圍內(nèi)調(diào)整的電子控制懸架來(lái)滿(mǎn)足這種需求，這種懸架稱(chēng)為電控懸架，目前比較常見(jiàn)的是電控空氣懸架形式。
以前空氣懸架多用于大客車(chē)上，停車(chē)時(shí)懸架下降汽車(chē)離地間隙減少，便于乘客上下車(chē)，開(kāi)車(chē)時(shí)懸架上升便于通行。這種空氣懸架系統(tǒng)由空氣壓縮機(jī)、閥門(mén)、彈簧、氣室（氣囊）、減振器所組成。車(chē)輛高度直接K閥門(mén)控制氣室的空氣流進(jìn)流出來(lái)調(diào)整。
現(xiàn)在轎車(chē)用的電控懸架引入空氣懸架原理和電子控制技術(shù)，將兩者結(jié)合在一起。典型的電控懸架由電子控制元件（ECU）、空氣壓縮機(jī)、車(chē)高傳感器、轉(zhuǎn)向角度傳感器、速度傳感器、制動(dòng)傳感器、空氣彈簧元件等組成。
圖示ECU、壓縮機(jī)(5)、閥門(mén)(3)(4)、空氣彈簧元件(1)(2)。電控懸架工作時(shí)，閥門(mén)的相互作用控制通向空氣彈簧元件的氣流量。傳感器檢測(cè)出汽車(chē)的行駛狀態(tài)并反饋至ECU，ECU綜合這些反饋信息計(jì)算并輸出指令控制空氣彈簧元件的電動(dòng)機(jī)和閥門(mén)，從而使電控懸架隨行駛及路面狀態(tài)不同而變化：在一般行駛中，空氣彈簧變軟、阻尼變?nèi)酰@得舒適的乘坐感；在急轉(zhuǎn)彎或者制動(dòng)時(shí)，則迅速轉(zhuǎn)換成硬的空氣彈簧和較強(qiáng)的阻尼，以提高車(chē)身的穩(wěn)定性。
展開(kāi) 汽車(chē)底盤(pán)的電控懸架構(gòu)造
汽車(chē)底盤(pán)的電控懸架的元器件和工作原理
懸架主要影響汽車(chē)的垂直振動(dòng)。傳統(tǒng)的汽車(chē)懸架是不可調(diào)整的，在行車(chē)中車(chē)身高度的變化取決于彈簧的變形。因此就自然存在了一種現(xiàn)象，當(dāng)汽車(chē)空載和滿(mǎn)載的時(shí)候，車(chē)身的離地間隙是不一樣的。尤其是一些轎車(chē)采用比較柔軟的螺旋彈簧，滿(mǎn)載后彈簧的變形行程會(huì)比較大，導(dǎo)致汽車(chē)空載和滿(mǎn)載的時(shí)候離地間隙相差有幾十毫米，使汽車(chē)的通過(guò)性受到影響。
汽車(chē)不同的行駛狀態(tài)對(duì)懸架有不同的要求。一般行駛時(shí)需要柔軟一點(diǎn)的懸架以求舒適感，當(dāng)急轉(zhuǎn)彎及制動(dòng)時(shí)又需要硬一點(diǎn)的懸架以求穩(wěn)定性，兩者之間有矛盾。另外，汽車(chē)行駛的不同環(huán)境對(duì)車(chē)身高度的要求也是不一樣的。一成不變的懸架無(wú)法滿(mǎn)足這種矛盾的需求，只能采取折中的方式去解決。在電子技術(shù)發(fā)展的帶動(dòng)下，工程師設(shè)計(jì)出一種可以在一定范圍內(nèi)調(diào)整的電子控制懸架來(lái)滿(mǎn)足這種需求，這種懸架稱(chēng)為電控懸架，目前比較常見(jiàn)的是電控空氣懸架形式。
以前空氣懸架多用于大客車(chē)上，停車(chē)時(shí)懸架下降汽車(chē)離地間隙減少，便于乘客上下車(chē)，開(kāi)車(chē)時(shí)懸架上升便于通行。這種空氣懸架系統(tǒng)由空氣壓縮機(jī)、閥門(mén)、彈簧、氣室（氣囊）、減振器所組成。車(chē)輛高度直接靠閥門(mén)控制氣室的空氣流進(jìn)流出來(lái)調(diào)整。
現(xiàn)在轎車(chē)用的電控懸架引入空氣懸架原理和電子控制技術(shù)，將兩者結(jié)合在一起。典型的電控懸架由電子控制元件（ECU）、空氣壓縮機(jī)、車(chē)高傳感器、轉(zhuǎn)向角度傳感器、速度傳感器、制動(dòng)傳感器、空氣彈簧元件等組成。
空氣彈簧元件是由電控減振器、閥門(mén)、雙氣室所組成。電控減振器頂部有一個(gè)小型電動(dòng)機(jī)，可通過(guò)它轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)調(diào)整量孔大小的控制桿將阻尼分成多級(jí)，從而實(shí)現(xiàn)控制阻尼的目的。閥門(mén)也充當(dāng)了一個(gè)調(diào)節(jié)氣流的作用，通常雙氣室是連通的，合起來(lái)的總?cè)莘e起著空氣彈簧的作用，比較柔軟；但當(dāng)關(guān)閉雙氣室之間的閥門(mén)時(shí)，則以一個(gè)氣室的容量來(lái)承擔(dān)空氣彈簧的作用，就會(huì)變得硬，因此閥門(mén)起到控制“彈簧”變軟變硬的作用。
展開(kāi) 空氣懸架試驗(yàn)臺(tái)固有頻率有限元分析
為了準(zhǔn)確獲得空氣懸架試驗(yàn)臺(tái)的固有頻率，嘗試使用有限元方法對(duì)試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行模態(tài)分
析。首先在HyperWorks 中對(duì)空氣懸架試驗(yàn)臺(tái)三維模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，然后根據(jù)試驗(yàn)臺(tái)實(shí)際工
況以及相關(guān)參數(shù)建立其有限元分析模型，最后調(diào)用RADIOSS 求解器得到試驗(yàn)臺(tái)固有頻率。為
了驗(yàn)證仿真分析結(jié)果的正確性，利用空氣懸架試驗(yàn)臺(tái)的偏心輪激勵(lì)裝置進(jìn)行簡(jiǎn)易的階躍試驗(yàn)，
測(cè)得試驗(yàn)臺(tái)垂直方向上的固有頻率。對(duì)比仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，有限元分析結(jié)果準(zhǔn)確可
靠，利用有限元方法分析試驗(yàn)臺(tái)固有頻率是切實(shí)可行的，從而為空氣懸架試驗(yàn)臺(tái)固有頻率的計(jì)
算與設(shè)計(jì)提供參考和依據(jù)。
卞翔_空氣懸架試驗(yàn)臺(tái)固有頻率有限元分析.pdf
展開(kāi) 
汽車(chē)主動(dòng)懸架（6）：液壓和空氣式
主動(dòng)式液壓懸架在轎車(chē)上的布置如圖所示，在汽車(chē)重心附近安裝有縱向、橫向加速度和橫擺陀螺儀傳感器，用來(lái)采集車(chē)身振動(dòng)、車(chē)輪跳動(dòng)、車(chē)身高度和傾斜狀態(tài)等信號(hào)，這些信號(hào)被輸入到控制單元ECU，ECU根據(jù)輸入信號(hào)和預(yù)先設(shè)定的程序發(fā)出控制指令，控制伺服電機(jī)并操縱前后四個(gè)執(zhí)行油缸工作。
二.主動(dòng)式空氣懸架
在電子控制的主動(dòng)式空氣懸架系統(tǒng)中，微機(jī)根據(jù)傳感器送來(lái)的信號(hào)和駕駛員給予的控制模式經(jīng)過(guò)運(yùn)算分析后向懸架發(fā)出指令，懸架可以根據(jù)微機(jī)給出的指令改變懸架的剛度和阻尼系數(shù)，是車(chē)身在行駛過(guò)程中保持良好的穩(wěn)定性能，并且將車(chē)身的振動(dòng)響應(yīng)控制在允許的范圍內(nèi)。一般說(shuō)來(lái)，主動(dòng)式空氣懸架的控制內(nèi)容包括車(chē)身高度、減振器衰減力、彈簧彈性系數(shù)等三項(xiàng)；
?。避?chē)高的控制；分標(biāo)準(zhǔn)、升高和只升高后輪三種工作狀態(tài)；
?。矞p震器的衰減力控制分低、中、高三檔；
?。?em>空氣彈簧的彈性系數(shù)分軟、硬兩檔。
空氣懸架電子控制系統(tǒng)的工作原理；用空氣壓縮機(jī)形成壓縮空氣，并將壓縮空氣送給彈簧和減震器的空氣室中，以此來(lái)改變車(chē)輛的高度。在前輪和后輪的附近設(shè)有車(chē)高傳感器，按車(chē)高傳感器的輸出信號(hào)，微機(jī)判斷出車(chē)輛高度，再控制壓縮機(jī)和排氣閥，使彈簧壓縮或伸長(zhǎng)，從而控制車(chē)輛高度。
在減震器內(nèi)設(shè)有電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)受微機(jī)的信號(hào)控制。利用電動(dòng)機(jī)可以改變通氣孔的大小，從而改變了衰減力的大小。
具體說(shuō)來(lái)，在汽車(chē)儀表板上有空氣懸架系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)，利用開(kāi)關(guān)可以形成6種不同的工作方式。圖所示為豐田汽車(chē)公司的空氣懸架控制裝置在車(chē)上的布置情況。
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